【摘要】：微結(jié)構(gòu)光纖,以其獨(dú)特的傳輸特性和靈活的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)優(yōu)勢,一經(jīng)出現(xiàn)便受到了科研人員的廣泛關(guān)注。隨著微結(jié)構(gòu)光纖設(shè)計(jì)及制作技術(shù)的快速發(fā)展,各種新結(jié)構(gòu)及新材料的出現(xiàn),極大地推動了光纖技術(shù)及其應(yīng)用器件的發(fā)展。本學(xué)位論文基于微結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)勢,結(jié)合國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“系列超寬帶雙芯光子晶體光纖以及相關(guān)器件的研究”,面向全光通信網(wǎng)絡(luò)及光傳感系統(tǒng)對高性能光器件的緊迫需求,開展寬帶雙芯微結(jié)構(gòu)光纖、空芯寬帶雙芯微結(jié)構(gòu)光纖及具有特殊色散特性或高雙折射特性的高非線性光子準(zhǔn)晶光纖的理論和實(shí)驗(yàn)研究,并在此基礎(chǔ)上開展新型寬帶偏振分束器、寬帶偏振無關(guān)耦合器及中紅外超寬帶連續(xù)譜產(chǎn)生的研究,取得的主要創(chuàng)新成果如下:1.設(shè)計(jì)并研制出一種雙芯微結(jié)構(gòu)光纖,基于研制的雙芯微結(jié)構(gòu)光纖,提出一種同時(shí)測量曲率、拉力和溫度的多參量光纖傳感器。通過監(jiān)測透射譜谷值波長的漂移量實(shí)現(xiàn)了曲率、拉力和溫度三參量的同時(shí)測量。曲率、拉力、溫度傳感最高靈敏度分別為10.89 nm/-1,1.24 pm/με和73.9 pm/℃。與基于傳統(tǒng)雙芯光纖的傳感器相比,所提出的傳感器具有更高的靈敏度和更好的線性度。2.提出一種具有兩個(gè)橢圓摻氟低折射率芯區(qū)的偏振無關(guān)超寬帶雙芯微結(jié)構(gòu)光纖,并基于該光纖實(shí)現(xiàn)了分光比為50:50的寬帶偏振無關(guān)光纖定向耦合器,耦合器在從1.255 μm到1.725 μm的470 nm波長帶寬范圍內(nèi)兩偏振態(tài)分光比誤差均小于1%,且兩偏振態(tài)之間的分光比誤差小于0.2%。該光纖單纖芯模場面積約為70μm2,與普通單模光纖接續(xù)損耗低至0.02 dB,且實(shí)芯橢圓結(jié)構(gòu)與橢圓形空氣孔相比更易實(shí)現(xiàn)。3.提出一種結(jié)構(gòu)簡單、易于制作的超寬帶雙芯微結(jié)構(gòu)光纖。引入兩個(gè)摻氟低折射率纖芯,用以消除光纖的波長敏感性。光纖調(diào)制區(qū)中引入兩個(gè)大尺寸空氣孔,在兩個(gè)纖芯之間形成一個(gè)調(diào)制通道,用于調(diào)節(jié)兩個(gè)芯之間的耦合。該光纖單芯模場面積與普通單模光纖相近,接續(xù)損耗低至0.02 dB,因不包含異形孔,結(jié)構(gòu)簡單易于制作�；谠摴饫w設(shè)計(jì)的偏振分束器,在從1.27μm到1.59 μm之間320 nm的波長范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)低于-20 dB的消光比,在1.55 μm波長處消光比低至-38 dB。4.首次提出并實(shí)現(xiàn)一種基于空芯反諧振光纖的高性能寬帶偏振分束器。采用兩個(gè)橢圓管將光纖纖芯區(qū)域分成兩個(gè)對稱的纖芯,并引入嵌套管降低光纖損耗,改善光纖單模特性。在消光比低于-20dB的條件下,基于該光纖所提出的偏振分束器的工作帶寬可以覆蓋1.41μm到1.72μm的波長范圍,實(shí)現(xiàn)了 310nm的帶寬。在偏振分束器整個(gè)工作波長范圍內(nèi),該光纖高階模與基模的損耗比大于100,保持著良好的單模特性。并提出一種高性能寬帶偏振分束器的改進(jìn)結(jié)構(gòu),將工作帶寬擴(kuò)展至355 nm。5.提出一種兼具高雙折射特性與高非線性特性的As2Se3基光子準(zhǔn)晶光纖。通過在光纖包層中引入大尺寸空氣孔,光纖雙折射達(dá)到10-2數(shù)量級,在波長2 μm處非線性系數(shù)高達(dá)2097 W-1km-1。將短脈沖入射到15 mm長的該光纖中,得到分別覆蓋1 μm到10.2 μm和1 μm到12.5 μm波長范圍的x偏振態(tài)和y偏振態(tài)的光譜。當(dāng)輸入脈沖入射角偏差±2°時(shí),所產(chǎn)生的超連續(xù)譜依然具有良好的偏振特性。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN253;TP212
【圖文】：

逡逑物材料制作的外徑為毫米量級的籠式結(jié)構(gòu)空芯光纖［６１］；圖１．２（ｆ）為本課題組采用逡逑Ｚｅｏｎｅｘ材料研制出的空芯太赫茲微結(jié)構(gòu)光纖［６２］。逡逑＿栤、邋ｉ邋ｆ邋％逡逑幽幽ｉｉ逡逑（ｄ）邐（ｅ）邐（０逡逑圖１．２六重光子準(zhǔn)晶光纖（ａ），含有金納米線的微結(jié)構(gòu)光纖（ｂ），空芯籠式微結(jié)構(gòu)光纖（ｃ），軟玻逡逑璃微結(jié)構(gòu)光纖（ｄ）籠式聚合物微結(jié)構(gòu)光纖（ｅ），空芯太赫茲光纖（ｆ）逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｓｉｘ－ｆｏｌｄ邋ＰＱＦ邋（ａ），邋ＭＳＦ邋ｗｉｔｈ邋ｓｕｂｍｉｃｒｏｎ邋ｇｏｌｄ邋ｗｉｒｅ邋（ｂ），邋Ｋａｇｏｍｅ邋ＭＳＦ邋（ｃ），邋ｓｏｆｔ邋ｇｌａｓｓ邋ＭＳＦ邋（ｄ），逡逑ｐｏｌｙｍｅｒ邋Ｋａｇｏｍｅ邋ＭＳＦ邋（ｅ），邋ａｎｄ邋ｈｏｌｌｏｗ邋ｃｏｒｅ邋ＴＨｚ邋ｆｉｂｅｒ邋（ｆ）逡逑隨著各種新型光纖結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，微結(jié)構(gòu)光纖的設(shè)計(jì)思想也早已突破早期光子逡逑晶體光纖的概念。通過調(diào)整光纖缺陷的類型、空氣孔的形狀、大小和排列方式，逡逑可以獲得傳統(tǒng)光纖不可比擬的優(yōu)良光學(xué)特性，如無截止單模特性、特殊色散特性、逡逑大模場面積特性、高非線性特性、高雙折射特性等

北京交通大學(xué)博士學(xué)位論文受到彎曲、拉力、溫度等外界因素的影響時(shí)，耦合特性將發(fā)生纖的這一特性，可以實(shí)現(xiàn)多種光纖傳感器。早在１９８１年，Ｇ．邋Ｍｅｌ雙芯光纖的溫度傳感特性［６３］。此后，隨著光纖設(shè)計(jì)與光纖制作技不同結(jié)構(gòu)的雙芯光纖傳感器被提出。但傳統(tǒng)光纖結(jié)構(gòu)的雙芯光纖對工藝條件的要求較高，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上可控參數(shù)少，限制了雙芯一步發(fā)展。微結(jié)構(gòu)光纖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的靈活多變，使得此類光纖在傳出傳統(tǒng)光纖不能比擬的優(yōu)勢。且由于微結(jié)構(gòu)光纖中空氣孔可以實(shí)填充，在提升雙芯光纖傳感性能的同時(shí)擴(kuò)展了應(yīng)用范圍。逡逑

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本文編號：2735978